JP2012078869A - 光硬化性・熱硬化性樹脂組成物及びそれを用いて得られるプリント配線板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光硬化性・熱硬化性樹脂組成物は、(A)カルボキシル基含有樹脂、(B)メルカプトブタン酸又はその誘導体、(C)光重合開始剤、(D)分子中に2個以上のエチレン性不飽和基を有する化合物、及び(E)エポキシ樹脂を含有する。好適には、カルボキシル基含有樹脂(A)は、ラジカル重合可能な不飽和二重結合を有するカルボキシル基含有樹脂であることが好ましい。
【選択図】なし
Description
レーザー露光は、フォトマスクを使用せずパターン形成された配線板上のソルダーレジストを走査しながら画像形成するため、従来市販されているソルダーレジストを用いた場合、その適正露光量が200mJ/cm2以上であるため、露光に非常に時間がかかるという欠点を有している。そのため、レーザー露光に対応するソルダーレジストには非常に高感度化が要求されている。
さらに本発明の目的は、このような光硬化性・熱硬化性樹脂組成物を用いることによって得られる、諸特性に優れる硬化物、及びパターン精度に優れるレジストパターンを有するプリント配線板を提供することにある。
また、前記エポキシ樹脂(E)は、前記メルカプトブタン酸又はその誘導体(B)が配合された混合物とは別の混合物に配合されている2液型組成物、あるいは少なくとも前記カルボキシル基含有樹脂(A)と前記メルカプトブタン酸又はその誘導体(B)の混合物と、前記光重合開始剤(C)とエポキシ樹脂(E)の混合物からなる2液型組成物であることが好ましい。尚、分子中に2個以上のエチレン性不飽和基を有する化合物(D)は、上記いずれの混合物に添加されていてもよい。
さらに、着色剤を含有するソルダーレジスト、特に緑色もしくは青色ソルダーレジストであることが好ましい。
さらに本発明の別の態様においては、前記光硬化性・熱硬化性樹脂組成物又はドライフィルムを、銅上にて光硬化して得られる硬化物、特に350nm〜410nmのレーザー発振光源にてパターン状に光硬化して得られる硬化物が提供される。さらにまた、前記光硬化性・熱硬化性樹脂組成物又はドライフィルムを、波長が350nm〜410nmの紫外線の直接描画にてパターン状に光硬化させた後、熱硬化して得られるレジストパターンを有するプリント配線板が提供される。
また、このような光硬化性・熱硬化性樹脂組成物を用いることによって、諸特性に優れる硬化物、及びパターン精度に優れるレジストパターンを有するプリント配線板を提供することができる。
まず、本発明で用いるメルカプトブタン酸又はその誘導体(B)とは、2−メルカプトイソブタン酸もしくは3−メルカプトブタン酸もしくはそれらの誘導体であり、さらに詳しくはその酸がエステル化又はアミド化された化合物である。好ましくはエステル化することにより一分子内に2個以上のメルカプト基が存在するものがよい。具体的には、特開2004−149755号公報に挙げられているようなエチレングリコールビス(3−メルカプトブチレート)、プロピレングリコールビス(3−メルカプトブチレート)、ジエチレングリコールビス(3−メルカプトブチレート)、ブタンジオールビス(3−メルカプトブチレート)、オクタンジオールビス(3−メルカプトブチレート)、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトブチレート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−メルカプトブチレート)や、1,3,5−トリス(3−メルカブトブチルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン等が挙げられる。これらの中でも、1,3,5−トリス(3−メルカブトブチルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンのような脂環式構造を有するものを用いることにより、はんだ耐熱、無電解金めっき、さらには保存安定性にも優れる光硬化性・熱硬化性樹脂組成物が得られる。
(1)(メタ)アクリル酸などの不飽和カルボン酸と、それ以外の不飽和二重結合を有する化合物の1種類以上との共重合することにより得られるカルボキシル基含有樹脂、
(2)(メタ)アクリル酸などの不飽和カルボン酸と、それ以外の不飽和二重結合を有する化合物の1種類以上との共重合体に、グリシジル(メタ)アクリレートや3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレートなどのエポキシ基と不飽和二重結合を有する化合物や(メタ)アクリル酸クロライドなどによって、エチレン性不飽和基をペンダントとして付加させることによって得られる感光性のカルボキシル基含有樹脂、
(3)グリシジル(メタ)アクリレートや3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート等のエポキシ基と不飽和二重結合を有する化合物と、それ以外の不飽和二重結合を有する化合物との共重合体に、(メタ)アクリル酸などの不飽和カルボン酸を反応させ、生成した二級の水酸基に多塩基酸無水物を反応させて得られる感光性のカルボキシル基含有樹脂、
(4)無水マレイン酸などの不飽和二重結合を有する酸無水物と、それ以外の不飽和二重結合を有する化合物との共重合体に、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートなどの水酸基と不飽和二重結合を有する化合物を反応させて得られる感光性のカルボキシル基含有樹脂、
(5)多官能エポキシ化合物と不飽和モノカルボン酸を反応させ、生成した水酸基に飽和又は不飽和多塩基酸無水物を反応させて得られる感光性のカルボキシル基含有樹脂、
(6)ポリビニルアルコー誘導体などの水酸基含有ポリマーに、飽和又は不飽和多塩基酸無水物を反応させた後、生成したカルボン酸に一分子中にエポキシ基と不飽和二重結合を有する化合物を反応させて得られる感光性の水酸基及びカルボキシル基含有樹脂、
(7)多官能エポキシ化合物と、不飽和モノカルボン酸と、一分子中に少なくとも1個のアルコール性水酸基と、エポキシ基と反応するアルコール性水酸基以外の1個の反応性基を有する化合物との反応生成物に、飽和又は不飽和多塩基酸無水物を反応させて得られる感光性のカルボキシル基含有樹脂、
(8)一分子中に少なくとも2個のオキセタン環を有する多官能オキセタン化合物に不飽和モノカルボン酸を反応させ、得られた変性オキセタン樹脂中の第一級水酸基に対して飽和又は不飽和多塩基酸無水物を反応させて得られる感光性のカルボキシル基含有樹脂、及び
(9)(a)多官能エポキシ樹脂に(b)不飽和モノカルボン酸を反応させた後、(c)多塩基酸無水物を反応させて得られるカルボキシル基含有樹脂に、さらに、(f)分子中に1個のオキシラン環と1個以上のエチレン性不飽和基を有する化合物を反応させて得られる感光性のカルボキシル基含有樹脂などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
なお、本明細書において、(メタ)アクリレートとは、アクリレート、メタクリレート及びそれらの混合物を総称する用語で、他の類似の表現についても同様である。
上記のようなカルボキシル基含有樹脂(A)は、バックボーン・ポリマーの側鎖に多数の遊離のカルボキシル基を有するため、希アルカリ水溶液による現像が可能になる。
R2は、フェニル基(炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい)、炭素数1〜20のアルキル基(1個以上の水酸基で置換されていてもよく、アルキル鎖の中間に1個以上の酸素原子を有していてもよい)、炭素数5〜8のシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルカノイル基又はベンゾイル基(炭素数が1〜6のアルキル基若しくはフェニル基で置換されていてもよい)を表し、
R3及びR4は、それぞれ独立に、炭素数1〜12のアルキル基又はアリールアルキル基を表し、
R5及びR6は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、又は2つが結合した環状アルキルエーテル基を表し、
R7及びR8は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキル基、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルコキシ基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、アリール基、又はハロゲン原子、アルキル基若しくはアルコキシ基で置換されたアリール基を表し、但し、R7及びR8の一方は、R−C(=O)−基(ここでRは、炭素数1〜20の炭化水素基)を表してもよい)。
R10、R12は、それぞれ独立に、フェニル基(炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい)、炭素数1〜20のアルキル基(1個以上の水酸基で置換されていてもよく、アルキル鎖の中間に1個以上の酸素原子を有していてもよい)、炭素数5〜8のシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルカノイル基又はベンゾイル基(炭素数が1〜6のアルキル基若しくはフェニル基で置換されていてもよい)を表し、
R11は、水素原子、フェニル基(炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい)、炭素数1〜20のアルキル基(1個以上の水酸基で置換されていてもよく、アルキル鎖の中間に1個以上の酸素原子を有していてもよい)、炭素数5〜8のシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルカノイル基又はベンゾイル基(炭素数が1〜6のアルキル基若しくはフェニル基で置換されていてもよい)を表す)、
R15、R16、R17及びR18は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表し、及び
nは0〜5の整数を表す)
なお、前記式(I)で表される基を有するオキシムエステル系光重合開始剤(C1)の場合、その配合量は、前記カルボキシル基含有樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは0.01〜20質量部、より好ましくは0.01〜5質量部の範囲から選ぶことが望ましい。
アセトフェノン化合物の具体例を挙げると、例えば、アセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、2,2−ジエトキシ−2−フェニルアセトフェノン、1,1−ジクロロアセトフェノンである。
チオキサントン化合物の具体例を挙げると、例えば、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチオキサントンである。
ベンゾフェノン化合物の具体例を挙げると、例えば、ベンゾフェノン、4−ベンゾイルジフェニルスルフィド、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルスルフィド、4−ベンゾイル−4’−エチルジフェニルスルフィド、4−ベンゾイル−4’−プロピルジフェニルスルフィドである。
このような光重合開始剤、光開始助剤、及び増感剤の総量は、前記カルボキシル基含有樹脂(A)100質量部に対して35質量部以下となる範囲であることが好ましい。35質量部を超えると、これらの光吸収により深部硬化性が低下する傾向にある。
このような分子中に2つ以上の環状(チオ)エーテル基を有する熱硬化性樹脂は、分子中に3、4又は5員環の環状エーテル基、又は環状チオエーテル基のいずれか一方又は2種類の基を2個以上有する化合物であり、例えば、分子内に少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物、すなわち多官能エポキシ化合物(E−1)、分子内に少なくとも2つ以上のオキセタニル基を有する化合物、すなわち多官能オキセタン化合物(E−2)、分子内に2個以上のチオエーテル基を有する化合物、すなわちエピスルフィド樹脂(E−3)などが挙げられる。
ドライフィルム化に際しては、本発明の光硬化性・熱硬化性樹脂組成物を適切な粘度に前記有機溶剤で希釈し、コンマコーター、ブレードコーター、リップコーター、ロッドコーター、スクイズコーター、リバースコーター、トランスファロールコーター、グラビアコーター、スプレーコーター等で支持体上に均一な厚さに塗布し、通常、50〜130℃の温度で1〜30分間乾燥して膜を得ることができる。塗布膜厚については特に制限はないが、一般に、乾燥後の膜厚で、10〜150μm、好ましくは20〜60μmの範囲で適宜選択される。
剥離可能なカバーフィルムとしては、例えば、ポリエチレンフィルム、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、表面処理した紙等を用いることができ、カバーフィルムを剥離するときに膜と支持体との接着力よりも膜とカバーフィルムとの接着力がより小さいものであればよい。
攪拌機、温度計、環流冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた2リットルのセパラブルフラスコに、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製、EOCN−104S、軟化点92℃、エポキシ当量220)660g、カルビトールアセテート 421.3g、及びソルベントナフサ 180.6gを導入し、90℃に加熱・攪拌し、溶解した。次に、一旦60℃まで冷却し、アクリル酸 216g、トリフェニルホスフィン 4.0g、メチルハイドロキノン1.3gを加えて、100℃で12時間反応させ、酸価が0.2mgKOH/gの反応生成物を得た。これにテトラヒドロ無水フタル酸 241.7gを仕込み、90℃に加熱し、6時間反応させた。これにより、酸価50mgKOH/g、二重結合当量(不飽和基1モル当りの樹脂のg重量)400、重量平均分子量7,000のカルボキシル基含有樹脂(A)の溶液を得た。以下、このカルボキシル基含有樹脂の溶液を、A−1ワニスと称す。
攪拌機、温度計、環流冷却管、滴下ロート及び窒素導入管を備えた2リットルのセパラブルフラスコに、o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量215、1分子中に平均して6個のフェノール核を有する)430g及びアクリル酸144g(2モル)を仕込んだ。撹拌しつつ120℃まで加熱し、120℃を保ったまま10時間反応を続けた。いったん反応生成物を室温まで冷却し、無水コハク酸190g(1.9モル)を加え、80℃に加熱して4時間反応した。ふたたび、この反応生成物を室温まで冷却した。この生成物固形分の酸価は、139mgKOH/gであった。
この溶液にグリシジルメタクリレート85.2g(0.6モル)及びプロピレングリコールメチルエーテルアセテート45.9gを加え、撹拌しつつ110℃まで加熱し、110℃を保ったまま6時間反応を続けた。この反応生成物を室温まで冷却したところ、粘調な溶液が得られた。このようにして、不揮発分65質量%、固形分酸価86mgKOH/gのカルボキシル基含有樹脂(A)の溶液を得た。以下、このカルボキシル基含有樹脂の溶液を、A−2ワニスと称す。
上記合成例1のアクリル酸をメタアクリル酸に代える以外は同様にして、カルボキシル基含有樹脂(A)の溶液を得た。以下、このカルボキシル基含有樹脂の溶液を、A−3ワニスと称す。
上記各合成例の樹脂溶液を用い、表1に示す種々の成分と共に表1に示す割合(質量部)にて配合し、攪拌機にて予備混合した後、3本ロールミルで混練し、ソルダーレジスト用光硬化性・熱硬化性樹脂組成物を調製した。ここで、得られた光硬化性・熱硬化性樹脂組成物の分散度をエリクセン社製グラインドメータによる粒度測定にて評価したところ15μm以下であった。
<最適露光量>
前記実施例及び比較例の光硬化性・熱硬化性樹脂組成物を、銅厚35μmの回路パターン基板をバフロール研磨後、水洗し、乾燥してからスクリーン印刷法により全面に塗布し、80℃の熱風循環式乾燥炉で60分間乾燥させる。乾燥後、最大波長355nmの半導体レーザーを搭載した直接描画装置、高圧水銀灯ランプを搭載した直描露光機又は高圧水銀灯搭載の露光装置を用いてステップタブレット(コダックNo.2)を介して露光し、現像(30℃、0.2MPa、1質量%炭酸ナトリウム水溶液)を60秒で行った際残存するステップタブレットのパターンが7段の時を最適露光量とした。
実施例及び比較例の光硬化性・熱硬化性樹脂組成物を、ライン/スペースが300/300μm、銅厚35μmの回路パターン基板をバフロール研磨後、水洗し、乾燥してからスクリーン印刷法により塗布し、80℃の熱風循環式乾燥炉で30分間乾燥させる。乾燥後、最大波長355nmの半導体レーザーを搭載した直接描画装置を用いて露光した。露光パターンはスペース部に20/30/40/50/60/70/80/90/100μmのラインを描画させる直描用データを使用した。露光量は光硬化性・熱硬化性樹脂組成物の最適露光量となるように活性エネルギー線を照射した。露光後、30℃の1質量%炭酸ナトリウム水溶液によって現像を行ってパターンを描き、150℃×60分の熱硬化をすることにより硬化塗膜を得た。
得られたソルダーレジスト用光硬化性・熱硬化性樹脂組成物の硬化塗膜の最小残存ラインを200倍に調整した光学顕微鏡を用いて求めた(解像性)。
上記各実施例及び比較例の組成物を、パターン形成された銅箔基板上にスクリーン印刷で全面塗布し、80℃で20分乾燥し、室温まで放冷する。この基板に最大波長355nmの半導体レーザーを搭載した直接描画装置をもちいて最適露光量でソルダーレジストパターンを露光し、30℃の1%Na2CO3水溶液をスプレー圧0.2MPaの条件で60秒間現像を行い、レジストパターンを得た。この基板を、UVコンベア炉にて積算露光量1000mJ/cm2の条件で紫外線照射した後、150℃で60分加熱して硬化した。得られたプリント基板(評価基板)に対して以下のように特性を評価した。
上記実施例及び比較例のアルカリ現像型ソルダーレジストを、硬化物の色を目視にて、判断した。
ロジン系フラックスを塗布した評価基板を、予め260℃に設定したはんだ槽に浸漬し、変性アルコールでフラックスを洗浄した後、目視によるレジスト層の膨れ・剥がれについて評価した。判定基準は以下のとおりである。
◎:10秒間浸漬を6回以上繰り返しても剥がれが認められない。
○:10秒間浸漬を3回以上繰り返しても剥がれが認められない。
△:10秒間浸漬を3回以上繰り返すと少し剥がれる。
×:10秒間浸漬を3回以内にレジスト層に膨れ、剥がれがある。
評価基板に、市販品の無電解ニッケルめっき浴及び無電解金めっき浴を用いて、ニッケル0.5μm、金0.03μmの条件でめっきを行い、テープピーリングにより、レジスト層の剥がれの有無やめっきのしみ込みの有無を評価した後、テープピーリングによりレジスト層の剥がれの有無を評価した。判定基準は以下のとおりである。
◎:染み込み、剥がれが見られない。
○:めっき後に少し染み込みが確認されるが、テープピール後は剥がれない。
△:めっき後にほんの僅かしみ込みが見られ、テープピール後に剥がれも見られる。
×:めっき後に剥がれが有る。
銅箔基板に代えてIPC B−25のクシ型電極Bクーポンを用い、上記の条件で評価基板を作製し、このクシ型電極にDC100Vのバイアス電圧を印加し、85℃、85%R.H.の恒温恒湿槽にて1,000時間後のマイグレーションの有無を確認した。判定基準は以下のとおりである。
○:全く変化が認められないもの
△:ほんの僅か変化したもの
×:マイグレーションが発生しているもの
評価基板を10vol%H2SO4水溶液に室温で30分間浸漬し、染み込みや塗膜の溶け出し、さらにテープビールによる剥がれを確認した。判定基準は以下のとおり。
○:染み込み、溶け出し、剥がれなし。
△:染み込み、溶け出し、もしくは剥がれが少し確認される。
×:染み込み、溶け出し、もしくは剥がれが大きく確認される。
各実施例及び比較例の組成物を、パターン形成された銅箔基板上にスクリーン印刷で全面塗布し、80℃で乾燥し20分から80分まで10分おきに基板を取り出し室温まで放冷する。この基板に30℃の1%Na2CO3水溶液をスプレー圧0.2MPaの条件で60秒間現像を行い、残渣が残らない最大許容乾燥時間を最大現像ライフとした。
表3に示す配合例に従い、主剤と硬化剤に分けて、各成分を表3に示す割合(質量部)にて配合し、攪拌機にて予備混合した後、3本ロールミルで混練し、ソルダーレジスト用光硬化性・熱硬化性樹脂組成物を調製した。ここで、得られた光硬化性・熱硬化性樹脂組成物の分散度をエリクセン社製グラインドメータによる粒度測定にて評価したところ15μm以下であった。
得られた結果を表4に示す。
表3に示す配合例5において、主剤と硬化剤を調整後、直ちに混合し、30℃で60日保管したものは、現像ライフが30分と著しく短くなっていた。
表3に示す配合例5において、(B2)ペンタエリスリトール テトラキス(3−メルカプトブチレート)を硬化剤側に配合して調整したものは、30℃で30日保管した後、混合して試験したが、現像が出来なかった。
表1に示す実施例3に従って調製した光硬化性・熱硬化性樹脂組成物をメチルエチルケトンで希釈し、キャリアフィルム上に塗布し、加熱乾燥して、厚さ20μmの光硬化性・熱硬化性樹脂組成物層を形成し、その上にカバーフィルムを貼り合わせてドライフィルムを得た。その後、カバーフィルムを剥がし、パターン形成された銅箔基板に、フィルムを貼り合わせ、次いで、キャリアフィルムを剥がし、80℃の熱風乾燥器で30分、乾燥させ、その後、150℃の熱風乾燥器で60分加熱硬化を行ない、試験基板を作製した。得られた硬化皮膜を有する試験基板について、前述した試験方法及び評価方法にて、各特性の評価試験を行なった。結果は、実施例3と同等であった。
Claims (11)
- (A)カルボキシル基含有樹脂、(B)メルカプトブタン酸又はその誘導体、(C)光重合開始剤、(D)分子中に2個以上のエチレン性不飽和基を有する化合物、及び(E)エポキシ樹脂を含有することを特徴とする光硬化性・熱硬化性樹脂組成物。
- 前記カルボキシル基含有樹脂(A)が、ラジカル重合可能な不飽和二重結合を有するカルボキシル基含有樹脂(A1)であること特徴とする請求項1に記載の光硬化性・熱硬化性樹脂組成物。
- 前記カルボキシル基含有樹脂(A1)の不飽和二重結合の一部もしくはすべてがメタアクリル酸又はその誘導体に由来するものであることを特徴とする請求項2に記載の光硬化性・熱硬化性樹脂組成物。
- 前記メルカプトブタン酸又はその誘導体(B)が、1分子内に2個以上の2−メルカプトイソブタン酸もしくは3−メルカプトブタン酸又はそれらの誘導体を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光硬化性・熱硬化性樹脂組成物。
- 前記エポキシ樹脂(E)が、前記メルカプトブタン酸又はその誘導体(B)が配合された混合物とは別の混合物に配合されている2液型組成物であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光硬化性・熱硬化性樹脂組成物。
- 少なくとも前記カルボキシル基含有樹脂(A)と前記メルカプトブタン酸又はその誘導体(B)の混合物と、前記光重合開始剤(C)とエポキシ樹脂(E)の混合物からなる2液型組成物であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光硬化性・熱硬化性樹脂組成物。
- さらに着色剤(F)を含有するソルダーレジストであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光硬化性・熱硬化性樹脂組成物。
- 前記請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光硬化性・熱硬化性樹脂組成物を、キャリアフィルムに塗布・乾燥して得られる光硬化性・熱硬化性のドライフィルム。
- 前記請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光硬化性・熱硬化性樹脂組成物、又は前記請求項8に記載のドライフィルムを、銅上にて光硬化して得られる硬化物。
- 前記請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光硬化性・熱硬化性樹脂組成物、又は前記請求項8に記載のドライフィルムを、350nm〜410nmのレーザー発振光源にてパターン状に光硬化して得られる硬化物。
- 前記請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光硬化性・熱硬化性樹脂組成物、又は前記請求項8に記載のドライフィルムを、波長が350nm〜410nmの紫外線の直接描画にてパターン状に光硬化させた後、熱硬化して得られるレジストパターンを有するプリント配線板。
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